Задачи генеза (от греческого «генезис» происхождение, возникновение, процесс образования). Задачи первого типа формально следует отнести к технической диагностике, а второго типа к
| Вид материала | Документы |
- Временные ряды, 100.85kb.
- «Конъюнктура рынка государственных ценных бумаг» Вар, 21.71kb.
- Лекция Возникновение экономических знаний. Исторический процесс развития экономической, 954.65kb.
- Справочник по оказанию скорой и неотложной помощи, 15675.55kb.
- Генезис и минеральные ассоциации золота и платиноидов Вместорождениях «черносланцевого», 746.3kb.
- Рекомендации по эпидемиологии, клинике, диагностике и профилактики заболеваний, вызванных, 94.56kb.
- Задачи урока : Проконтролировать знания учащихся по методам решения сложных логарифмических, 83.18kb.
- Методические рекомендации: Взадачах такого типа используются понятия: объем видеопамяти, 338.92kb.
- В. П. Алексеев возникновение человека и общества, 2425.89kb.
- Решение краевой задачи для уравнения состоит в определении значений функции y(X), удовлетворяющей, 28kb.
2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Вибродиагностический метод контроля технического состояния машин (вибродиагностика) является одним из информативных и доступных методов диагностики. Применительно к оборудованию НПС вибродиагностика позволяет контролировать техническое состояние магистральных и подпорных насосных агрегатов в режиме постоянного слежения за уровнем вибрации, а также оценивать работоспособность вентиляторов, насосов систем охлаждения, маслоснабжения, отопления, откачки утечек и прочего оборудования путем периодического измерения и анализа параметров вибрации.
Широкое развитие вибродиагностики объясняется следующими факторами:
- доступностью установки датчиков вибрации на магистральных и подпорных насосных агрегатах, малыми габаритами и массой датчиков;
- возможностью осуществления постоянного автоматизированного контроля за техническим состоянием объекта путем непрерывного измерения и оценки вибрации, а в случае ее достижения предельных величин осуществлять «защиту» объекта путем подачи сигнала на аварийную остановку машины;
- большой информативностью параметров вибрации, позволяющей идентифицировать гидромеханические, механические и магнитно-электрические источники колебаний и распознавать многие неисправности;
- возможностью контролировать качество монтажа и ремонта оборудования.
Величина вибрации является одним из важных критериев, определяющих эксплуатационную надежность насосных агрегатов НА и другого оборудования НПС.
Контроль вибрации и меры, проводимые с целью поддержания ее на безопасном уровне, должны являться одним из важнейших технических мероприятий.
Сфера применения вибродиагностики в первую очередь относится к магистральным и подпорным насосным агрегатам, как к оборудованию наиболее нагруженному и ответственному, причем контроль уровня вибрации насосов должен производиться постоянно в автоматическом режиме по общему уровню вибрации с применением контрольно-сигнальных измерительных систем, задействованных в системе автоматики и телемеханики НПС.
При контроле текущих значений вибрации должна быть обеспечена автоматическая выдача предупредительной сигнализации при достижении первого порогового уровня. При дальнейшем росте вибрации должен автоматически подаваться сигнал на отключение насосного агрегата.
До установки контрольно-сигнальных средств контроль и измерение величины вибрации осуществляются портативными (переносными) средствами виброметрии, которые должны быть на каждой НПС.
Контроль уровня вибрации вспомогательных насосов - насосов откачки утечек, маслонасосов, насосов систем водоснабжения и отопления должен осуществляться с помощью переносной аппаратуры.
Датчики контрольно-сигнальной виброаппаратуры устанавливаются обязательно на каждой подшипниковой опоре основного и горизонтального подпорного насосов для контроля вибрации в вертикальном направлении. Для вертикальных подпорных насосов датчики устанавливаются на корпусе опорно-упорного подшипникового узла насоса для контроля вибрации в вертикальном (осевом) и горизонтально-поперечном направлениях.
При наличии многоканальной виброаппаратуры рекомендуется дополнительно устанавливать датчики для контроля вибрации в горизонтально-поперечном и осевом направлениях каждого подшипникового узла. Вертикальная составляющая вибрации измеряется в верхней части крышки подшипника над серединой длины его вкладыша. Горизонтально-поперечная и горизонтально-осевая составляющие вибрации измеряются на уровне оси вала насоса против середины длины опорного вкладыша. Вибрация всех элементов крепления насоса к фундаменту измеряется и контролируется в вертикальном направлении.
У насосов, не имеющих выносных подшипниковых узлов (насосы со встроенными подшипниками), вибрация измеряется как можно ближе к оси вращения ротора.
Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать решение следующих задач:
- своевременное обнаружение возникающих дефектов составных частей оборудования и предотвращение его аварийных отказов;
- определение объема ремонтных работ и рациональное их планирование;
- корректировка значений межремонтных интервалов и прогнозирование остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию;
- проверка работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определение оптимальных режимов работы оборудования.
При эксплуатации насосных агрегатов имеет место два принципиально различных метода измерения вибраций (колебаний) - при помощи датчиков измерения абсолютных колебаний и относительных колебаний. Колебания насосных агрегатов создаются преимущественно их вращающимися частями и пульсациями давления в насосе и подводящих трубопроводах. При этом, главным возбудителем колебаний является неуравновешенность роторов насоса и электродвигателя.
Ротор, имеющий дисбаланс, создает во время вращения свободные центробежные силы, зависимые от частоты вращения (рис. 2.1). Их величина вычисляется на основе следующего соотношения (рис. 2.1):
F = и r 2,
где F - центробежная сила; и - дисбаланс; r - радиус; - частота вращения.
 | Рис. 2.1. Схема возникновения свободной центробежной силы F при дисбалансе ротора |
 |
Рис. 2.2. Виды колебаний у машин
Вызванные дисбалансом центробежные силы и действующие на ротор переменные силы (например, магнитные силы, гидравлические силы и т.п.) побуждают ротор и вал ротора к колебаниям. Через масляную пленку подшипников скольжения (или через подшипники качения) колебания и усилия передаются на опоры и на фундамент машины. Передаваемые колебания зависят от разных параметров. Самые существенные из них: жесткость и демпфирование масляной пленки, опор и фундаментов, а также масса роторов, опор и фундаментов.
На рис. 2.2 и 2.3 изображены колебания (трех видов), измеряемые при эксплуатации большинства насосных агрегатов и других роторных машин.
| Рис.2.3. Виды колебаний и места их измерения (на примере подшипника скольжения) |  |
Различают колебания трех видов.
Относительные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к вкладышу подшипника.
Абсолютные колебания опор подшипников. Под этим подразумеваются быстрые движения вкладыша подшипника и корпуса подшипника по отношению к жесткой опорной точке в пространстве.
Абсолютные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к жестко установленной опорной точке в пространстве.
В области механических колебаний приняты три измеряемые величины:
- вибросмещение (амплитуда колебаний) s - отклонение точки измерения от положения покоя; единица измерения - мкм (1 мкм = = 10-6 м);
- виброскорость v - скорость движения точки измерения вокруг своего положения покоя; единица измерения - мм/с;
- виброускорение а - ускорение движения точки измерения вокруг своего положения покоя; единица измерения - м/с2.
Когда уровень вибрации оценивается для отдельной электрической машины в испытательном помещении, условия измерения и допустимые значения вибрации определяются по ГОСТ 20815 (МЭК 34-14-82) [33].
Этот же стандарт устанавливает, что при измерении вибрации на месте эксплуатации, следует пользоваться специальными методиками, разработанными для машин конкретных типов.
По ГОСТ 20815 критерием, принятым для оценки интенсивности вибрации машин с частотой вращения 600 об/мин и выше, является среднее квадратическое значение виброскорости, имеющей размерность мм/с и обычно обозначаемой e или eff; ve определяют непосредственным измерением или по результатам спектрального анализа в диапазоне от частоты вращения, на которой проводят измерения, до 2000 Гц по формуле
(2.1)где ei - среднее квадратическое значение виброскорости, полученное при спектральном анализе для i-й полосы фильтра; i=1, 2...n, при этом первая и п-я полосы фильтра должны включать соответственно нижнюю и верхнюю граничные частоты заданной для измерения полосы частот.
Для крупных машин (с высотой оси более 355 мм) с частотой I вращения менее 600 об/мин определяют и нормируют пиковое значение виброперемещения S (мкм).
Интенсивность вибрации машины характеризуется наибольшим значением из числа измеренных в предписанных точках. Применительно к оборудованию НПС используют только характеристики вибросмещения (амплитуду колебания) и виброскорость. При измерении вибрации предпочтение отдается тому виду колебаний, который имеет самую большую информативность.
Для насосов и электродвигателей НПС оценка вибрации проводится на основе измерения абсолютных колебаний корпусов подшипников и реже относительных колебаний валов. Для других ротационных машин (вентиляторов, насосов вспомогательных систем НПС) рекомендуется измерять абсолютные колебания корпусов и подшипниковых узлов.
Для машин на подшипниках скольжения следует дополнительно учесть соотношения масс и жесткости объекта. Ротор с малой массой сможет побудить жесткую опорную конструкцию с большой массой только к незначительным колебаниям подшипников. Относительные колебания вала при этом в 10-30 раз больше, чем абсолютные колебания подшипников. Тогда в качестве измеряемой величины необходимо выбрать относительное колебание вала. Если масса роторов увеличивается не намного меньше массы подшипниковых узлов со стояками, то относительные колебания валов только в 3-10 раз больше, чем абсолютные колебания подшипников. В этом случае помимо измерения относительных колебаний валов рекомендуется измерять еще абсолютные колебания подшипников, чтобы получить более достоверную информацию о техническом состоянии машины.
Когда масса роторов сопоставима с массой подшипниковых опор или больше, абсолютные колебания валов могут достигнуть примерно таких же самых значений, как абсолютные колебания подшипников. В таких случаях рекомендуется измерять абсолютные колебания валов и корпусов подшипников.
Измерение абсолютных колебаний валов ввиду необходимости специальной измерительной аппаратуры вызывает большие трудности. Поэтому эти колебания учитываются, как правило, при эксплуатации только больших турбоагрегатов электростанций.
Чтобы выяснить причины, вызывающие вибрации насосного агрегата, необходимо провести диагностические работы с частотным анализом вибраций насосного агрегата. При частотном анализе с помощью виброизмерительной аппаратуры определяются все частотные составляющие вибраций, которые вызывают колебание машины.
Для правильной интерпретации частотных составляющих вибрации с присущими неисправностями, возникающими в диагностируемом оборудовании, необходимо четко представлять его конструкцию, знать характерные частотные составляющие вибрации, сопутствующие каждому виду неисправности для диагностируемого оборудования, иметь виброизмерительную аппаратуру, позволяющую определять необходимые частотные составляющие вибрации.
Частотный анализ вибраций с помощью виброизмерительной аппаратуры можно осуществлять, в основном, тремя способами: гармоническим анализом вибраций, полосовым выделением частотных составляющих и при применении перестраиваемых фильтров.
При гармоническом анализе вибрации виброизмерительная аппаратура сама определяет частоту вращения ротора машины, настраивает встроенный фильтр на эту частоту и фильтр «пропускает» только ту часть сигнала возмущения, которая соответствует частоте вращения ротора.
Данная величина вибрации называется 1-й гармонической составляющей вибрации или основной гармоникой вибрации. Еще ее называют оборотной составляющей вибрации. Изменяя положение переключателя прибора, можно увеличить (или уменьшить) в 2, 3, 4 ... раза частоту, на которую настроится встроенный фильтр и тем самым определить 2, 3, 4 ... гармонические составляющие вибрации. Если мы настраиваем фильтр на частоту ниже 1-й гармоники, то составляющие вибрации называются субгармониками.
Данный способ выделения гармонических составляющих вибрации является наиболее точным, но требует применения (кроме датчика вибрации) датчика, определяющего частоту вращения вала машины (например, фотоэлектрического или лазерного).
Более простым способом выделения частотных составляющих вибрации является применение полосовых фильтров. Встроенные полосовые фильтры настраиваются на определенную частоту, которая зависит от положения переключателя прибора. При этом фильтр пропускает полосу частот, соответствующую его характеристикам. Поэтому, изменяя положение переключателя, мы можем определить, какие частотные составляющие присутствуют в общем уровне вибрации. Под общим уровнем вибрации понимается вся совокупность вибраций, вызванная имеющимися неисправностями в эксплуатируемом оборудовании.
В ряде виброизмерительных приборов имеется перестраиваемый фильтр. Если это автоматически перестраиваемый фильтр, то прибор сам последовательно изменяет частоту пропускания фильтра, и по изменениям показаний индикатора можно определить, какие частотные составляющие и с какой величиной присутствуют в общем уровне вибрации. Однако визуально это сделать сложно. Поэтому для такого частотного анализа обычно используют самописцы, подключаемые к выходу прибора, и записывают амплитудно-частотную диаграмму, по которой впоследствии определяют отдельные частотные составляющие вибрации.
Для диагностических работ можно использовать любой из этих способов частотного анализа вибрации.
2.2. НЕФТЯНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
КАК ОБЪЕКТ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Магистральный нефтяной насосный агрегат включает центробежный насос типа НМ и приводной трехфазный синхронный или асинхронный электродвигатель. Роторы насоса и двигателя соединяются зубчатой или упругой пластинчатой муфтой.
Магистральные насосные агрегаты предназначены для перекачки нефти по магистральным трубопроводам в составе НПС в диапазоне подач номинального режима 1250-10 000 м3/ч и имеют частоту вращения ротора 3000 об/мин (50 Гц) для синхронных электродвигателей или близкую к ней для асинхронных двигателей.
Насос, входящий в состав агрегата, - центробежный горизонтальный с двухсторонним подводом жидкости к рабочему колесу и двухзавитковым спиральным отводом жидкости от рабочего колеса. Ротор насоса состоит из вала с насаженным на него рабочим колесом, защитными втулками и крепежными деталями. Ротор центрируется относительно корпуса насоса перемещением корпусов подшипников с помощью регулировочных винтов. Опорами ротора являются подшипники скольжения с принудительной смазкой. Осевые усилия ротора воспринимают два спаренных радиально-упорных подшипника, установленных на конце вала. Концевые уплотнения ротора - механические, торцовые, гидравлически разгруженные.
Электродвигатель насосного агрегата выполняется с одним рабочим концом вала и выпускается как во взрывобезопасном, так и в нормальном исполнении.
Сердечник статора состоит из пакетов, разделенных вентиляционными каналами, обмотка статора - двухслойная катушечная. Ротор двигателя имеет пазы, в которых уложена и опрессована обмотка возбуждения. На роторе установлены центробежные вентиляторы и направляющие аппараты, обеспечивающие безударный вход воздуха в вентиляторы. Опорами ротора служат литые стояковые подшипники скольжения с циркулирующей под давлением смазкой.
Подача масла в подшипники насосного агрегата обеспечивается отдельно стоящей маслоустановкой.
Насос и электродвигатель могут быть установлены на отдельных фундаментных рамах или на общей плите. Фундамент агрегата - общий, монолитный.
Конструкцией насоса предусмотрены места для установки вибродатчиков, приборов дистанционного контроля температуры подшипников, утечек жидкости через концевые уплотнения ротора, температуры перекачиваемой жидкости, давления на входе и выходе насоса.
Конструктивно насос и электродвигатель имеют выносные подшипники, корпуса которых используются для установки датчиков вибрации и датчика измерения частоты вращения ротора.
При эксплуатации насосных агрегатов необходимо проводить периодический контроль и оценку интенсивности вибрации агрегата в соответствии с нормами вибрации на них.
В общем случае вибродиагностические работы при эксплуатации насосного агрегата можно представить в следующем виде.
В начале эксплуатации, после окончания ремонтных работ, необходимо провести контроль качества ремонта и паспортизацию начальных его технических параметров. В процессе эксплуатации до момента времени, после которого виброактивность машины превысит оценки «хорошо», проводится периодический экспресс-анализ по общему уровню вибрации. После превышения интенсивности вибрации оценки «хорошо» устанавливается предварительный диагноз, определяется срок очередного проведения обследования и возможность дальнейшей эксплуатации.
При увеличении интенсивности колебаний выше уровня (0,8-0,9) от предельно допустимого проводится техническое обследование с установкой окончательного диагноза, определяется срок и объем ремонтных работ.
В качестве нормируемого параметра вибрации устанавливается среднее квадратическое значение виброскорости.
Оценка интенсивности вибрации агрегатов электронасосных центробежных нефтяных магистральных (нормы вибрации эксплуатационные) осуществляется в соответствии с РД 153-39ТН-008-96 [86], РД 153-39ТН-009-96 [87] и представлена обобщающей табл. 2.1.
Таблица 2.1
Оценка интенсивности вибрации насосного агрегата
| Определяющие величины среднего квадратического значения виброскорости, мм /с | Насос | Электродвигатель | ||
| Оценка интенсивности вибрации | Оценка длительности эксплуатации | Оценка интенсивности вибрации | Оценка длительности эксплуатации | |
| До 2,8 | Отлично | Длительная | Отлично | Длительная |
| 2,8-4,5 | Хорошо | Длительная | Хорошо | Длительная |
| 4,5-7,1 (для номинальных подач) | Удовлетво- рительно | Ограниченная | Удовлетворительно | Ограниченная |
| 4,5 -7,1 (для подач, отличных от номинальной) | Удовлетво- рительно | Длительная | Удовлетворительно, необходимо улучше- ние | Ограниченная |
| 7,1-11,2*(для подач, отличных от номинальной) | Удовлетвори- тельно, необ- ходимо улуч- шение | Ограниченная | Не допускается | Не допускается |
| Свыше 11,2 | Не допускается | Не допускается | Не допускается | Не допускается |
| * Эксплуатация НА ограничена до замены рабочего колеса насоса на меньшую подачу. | ||||
Измерение относительных колебаний валов и абсолютных колебаний подшипников стандартизовано разными международными и отечественными стандартами и рекомендациями. Большинство из этих стандартов и рекомендаций дает, кроме определения измеряемых величин, методы измерений и требований к измерительному прибору, также числовые значения для оценки колебательного состояния машин. Особенное значение для предохранения машин от повреждений имеют предельные значения для выдачи предупредительного сигнала тревоги и отключения.
Предельные значения колебаний валов, действительные для приемки некоторых машин по стандарту API, представлено в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Предельные значения колебаний валов по стандарту API
| Предписание по приемке стандарта | Область применения | Допустимые колебания (включая радиальное биение) |
| API 610 API 611 API 612 API 616 API 617 API 613 API 619 | Лопастные насосы насосных станций Промышленные газовые турбины турбокомпрессоров и насосных установок Редукторы Компрессоры | Роторы на подшипниках качения: - относительные колебания валов 2,5 mils (63,5 мкм) и абсолютные колебания подшипников 0,3 inch/s (7,6 мм/с). Роторы на подшипниках скольжения: - относительные колебания валов 2,5 mils (63,5 мкм) и колебания подшипников 0,4 inch/s (19,2 мм/с)  ; max 2,0 mils ; max 2,0 mils ; max 2,5 mils |
Таблица 2.3
Оценка колебаний машин по стандарту VDI 2056
| Амплитуда колебаний Vэфф, мм/с | Группа К Малогабаритные машины | Группа М Средние машины | Группа G Большие машины | Группа Т Турбомашины |
| 28 18 | | Не допускается | | |
| 11 | | | | |
| 7 | | | | |
| 4,5 | | Еще в допуске | | |
| 2,8 | | | | |
| 1,8 | | Годно | | |
| 1,1 | | | | |
| 0,7 | | | | |
| 0,45 | | Хорошо | | |
| 0,28 | | | | |
В табл. 2.3 приведены оценки колебательных свойств различных машин согласно международному стандарту VDI 2056.
Предельные значения для абсолютных колебаний подшипниковых опор некоторых электродвигателей согласно стандарту ISO 2373 приведены в табл. 2.4.
Предельные значения интенсивности абсолютных колебаний подшипников больших вращающихся машин с частотой вращения ротора от 10 до 200 с-1 в зависимости от вида фундамента приведены в табл. 2.5.
В зависимости от требований по вибрации электрические машины при испытаниях подразделяются по ГОСТ 20815 [33] на три категории:
- нормальное N;
- с пониженной вибрацией R;
- с особо жесткими требованиями по вибрации S.
Таблица 2.4
Предельные значения абсолютных колебаний подшипниковых опор
электродвигателей по стандарту ISO 2373
| Интенсивность колебаний | Частота вращения, об /мин | Пределы эффективного значения виброскорости для высоты оси Н в мм | |||||
| 80 < Я < 132 | 132 < Я < 225 | 225 < Я < 400 | |||||
| мм/с | дюйм /с | мм/с | дюйм/с | мм/с | дюйм/с | ||
| N (нормальная) R (приведенная) S (специальная) | 600-3600 600-1800 1800-3600 600-1800 1800-3600 | 1,8 0,71 1,12 0,45 0,71 | 0,071 0,028 0,044 0,018 0,028 | 2,8 1,12 1,8 0,71 1,12 | 0,110 0,044 0,071 0,028 0,044 | 4,5 1,8 2,8 1,12 1,8 | 0,177 0,071 0,110 0,044 0,071 |
Таблица 2.5
Предельные значения интенсивности абсолютных колебаний
вращающихся машин с частотой вращения ротора от 10 до 200 с-1
| Интенсивность колебаний | Жесткий фундамент | Упругий фундамент | |
| , мм/с | , дюйм/с | ||
| 0,46 0,71 1,12 1,8 2,8 4,6 7,1 11,2 18,0 28,0 | 0,018 0,028 0,044 0,071 0,11 0,18 0,28 0,44 0,71 1,10 | Годно | Годно |
| Удовлетворительно | | ||
| Неудовлетворительно | Удовлетворительно | ||
| Недопустимо | Неудовлетворительно | ||
| | Недопустимо | ||
Таблица 2.6
Допустимые значения вибрации
| Категория машины | Номинальная частота вращения, об /мин | Максимальное среднее квадратическое значение виброскорости машины, мм/с, для высот оси Я, мм, установленной | ||||
| в свободно подвешенном состоянии | в жестко закреп- ленном состоянии | |||||
| 56<Я<71 | 71<Я<132 | 132<Я<225 | Я>225 | Я>400 | ||
| N R S | 600 < п < 1800 1800 < n <6000 600 < п < 1800 1800< n <6000 600 < п < 1800 1800 | 1,12 1,12 0,71 0,71 0,45 0,45 | 1,8 1,8 0,71 1,12 0,45 0,71 | 1,8 2,8 1,12 1,8 0,71 1,12 | 2,8 4,5 1,8 2,89 1,12 1,8 | 2,8 2,8 - - - - |
Допустимые значения вибрации для машин с различной высотой оси вращения и двумя способами установки на фундамент приведены в табл. 2.6.