Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Виброакустическая диагностика
Виброакустическая диагностика широко используется для оценки состояния роторного оборудования — турбоагрегатов, центробежных насосов и компрессоров, зубчатых передач, двигателей внутреннего сгорания, трубопроводов и запорной арматуры, строительных конструкций. [1]
Виброакустическая диагностика НА включает контроль общего уровня виброакустических сигналов агрегата и их спектральный анализ. Контроль за общим уровнем позволяет проводить оценку общего технического состояния и индикацию его критического состояния для предотвращения аварийных ситуаций. Спектральный анализ позволяет уточнить место и характер возникшего дефекта. Рядом исследований установлено, что аффективной оценкой виброакустических спектров обладает спектральная плотность ( спектр ющности), в которой величинами, характеризующими частотные составляющие колебаний, являются квадраты амплитуд, которые характеризуют удельную энергию указан — — и составляющих. [2]
Комплекс виброакустической диагностики , разработанный в ОФ УГНТУ [3.6 — 3.9] позволяет осуществлять контроль состояния глубиннонасосных штанг и насосно-компрессорных труб непосредственно на месте их эксплуатации — на устье скважины при спуско-подъемных операциях колонны штанг. [3]
Внедрение виброакустической диагностики требует решения следующих вопросов: установления зависимости между техническим состоянием машины и акустическими сигналами; определения влияния рабочих нагрузок и ряда случайных факторов на параметры акустического сигнала; изучения акустического образа машины в каждом конкретном случае; создания приборов и устройств для проведения акустических диагнозов технического состояния машины. [4]
Эффективность виброакустической диагностики ГПА значительно повышается, если имеется индивидуальная эталонная спектрограмма, снятая с него в начале эксплуатации или на обкаточных испытаниях на заводе. В настоящее время такого рода спектрограммы не снимаются, что, естественно, затрудняет использование виброакустической диагностики. [5]
В виброакустической диагностике перед исследователем возникает задача: на основе данных, полученных на конечном интервале времени, сформировать максимально достоверное представление об исходном образе, с которым связаны эти данные. Оценка спектра по данным коночной протяженности принадлежит к указанной задаче. Качество и достоверность оценки спектра оказывают решающее влияние на формирование наших представлений об исходном образе. [6]
Перечислим задачи виброакустической диагностики . [8]
Использование средств виброакустической диагностики позволяет предотвратить, внезапные отказы, исключить вскрытие механизмов для визуального определения их технического состояния, перейти от планового технического обслуживания машин и механизмов к обслуживанию в зависимости от фактического технического состояния. [9]
Возможности использования виброакустической диагностики на КС исследовались на Богандинской КС газопровода Уренгой-Челябинск. [10]
Широкое внедрение безразборной виброакустической диагностики на машиностроительных предприятиях, а также в эксплуатационных и ремонтных организациях в комплексе с современными неразрушающими методами контроля является важным резервом повышения качества изготовления и ремонта машин, сокращения непроизводительных простоев техники, расхода запасных частей и горючесмазочных материалов, трудовых затрат и капиталовложений. Переходом на этой основе от существующих методов технического обслуживания по ресурсу к техническому обслуживанию по состоянию можно значительно продлить срок службы ответственных машин и конструкций. [12]
Рассматривается задача виброакустической диагностики неисправностей компрессорных установок ( КУ) по динамике изменения корреляционно-спектральных характеристик вибросигнала, снимаемого с корпуса работающего компрессора. Приводится метод экспресс-диагностики, основанный на принципе разложения вибросигнала на знакопеременные временные ряды экстремумов путем экстремальной цифровой фильтрации и оценки мощности отдельных компонентов разложения. [13]
Оптимальное решение задачи виброакустической диагностики может быть решено в результате анализа множества W состояний, в которых объект исследования может находиться в период эксплуатации. [14]
Источник
Все о транспорте газа
Современное развитие газоперекачивающих агрегатов (ГПА) характеризуется созданием и внедрением машин больших агрегатных мощностей. Совершенствование организации и методов технической эксплуатации ГПА оказывает существенное влияние на эффективность транспортировки и переработки газа. Обслуживание агрегатов, внеплановые ремонты связаны с материальными затратами и недоподачей газа. Поэтому необходимо повысить эксплуатационную надежность ГПА, т.е. увеличить сроки его безотказной работы и межремонтный период. Для этих целей проводится комплекс профилактических операций технического обслуживания. Нормативы периодичности технического обслуживания (системы ППР) устанавливают по средним групповым показателям. Однако процесс изнашивания и старения узлов ГПА зависит от условий его работы, т.е. от режима работы и квалификации обслуживающего персонала. Для одного конкретного устройства из совокупности одноименных техническое обслуживание может оказаться преждевременным, для другого -запоздалым.
Возникает задача определения технического состояния каждого отдельного агрегата или узла агрегата для установления пригодности агрегата для дальнейшей эксплуатации, ресурса исправной работы, необходимости технического обслуживания и ремонта. Однако необходимо иметь в виду, что для большинства задач, связанных с эксплуатацией, очень важно, чтобы техническое состояние агрегата можно было определить без разборки агрегата.
Для решения поставленной задачи появилось новое направление науки и техники — техническая диагностика.
Особое значение проблема технической диагностики приобретает в газовой промышленности, где единичная мощность газотурбинных ГПА 25 тыс. кВт, а безотказная работа этих агрегатов в значительной степени определяет надежность снабжения промышленности и населения топливом и сырьем. Повышение эффективности транспортировки и переработки газа требует непрерывного совершенствования организации и методов эксплуатации ГПА. Анализ опыта эксплуатации показывает, что обслуживание и ремонт агрегатов занимают 11—12% календарного времени (в том числе 3—4% времени занимают внеплановые ремонты) и их проведение связано с большими материальными затратами. Все это указывает на необходимость повышения эффективности эксплуатации ГПА, увеличения межремонтных периодов.
Внедрение вибрационной диагностики газотурбинных ГПА позволит повысить эффективность работы КС: уменьшится стоимость эксплуатации и ремонта ГПА, повысится пропускная способность компрессорных станций (КС).
Наиболее рациональная организация технической диагностики охватывает большой круг задач теоретического, практического и организационного характера, которые должны быть осуществлены на трех этапах: при проектировании, на стадии изготовления и в условиях эксплуатации. На стадии проектирования такой задачей является поиск оптимальных конструктивных решений, широкое использование информации, прогнозирование возможности отказов на основе объективной информации, использования современной вычислительной техники в расчетно-аналитической подготовке проектов. На стадии изготовления важное значение имеют разработки и внедрение прогрессивных и типовых технологических процессов, поиск новых современных методов обработки и упрочения различных материалов, проведение экспериментальных и лабораторных исследований и отработка основных операций, строгое соблюдение технологической дисциплины и др. При эксплуатации агрегатов задача состоит в том, чтобы организовать систематический контроль за соблюдением режимов и условий эксплуатации, правильно организовать систему ремонта и обеспечения резервными (запасными) деталями и т.д.
Во время эксплуатации применяют два вида диагностирования:
объективное — контрольно-измерительными приборами с помощью приборов и инструмента, позволяющих изучить количественную информацию;
субъективное — проводимое при помощи органов чувств или простейшими техническими средствами, не позволяющими давать количественную оценку технического состояния элементов машин.
Объективные методы диагностирования наиболее перспективны. Они дают количественную, документально подтвержденную оценку состояния проверяемого объекта без их разборки, что позволяет значительно сократить затраты средств на техническое обслуживание и ремонт машин за счет снижения трудоемкости проверочных и ремонтных работ, увеличения межремонтных сроков службы объектов.
Объективные методы диагностирования позволяют прогнозировать (предсказать) период безотказной работы элементов машины до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации, или до ремонта в зависимости от условий эксплуатации и заданного уровня безопасности.
Субъективные методы диагностирования дают только ориентировочную оценку технического состояния объектов контроля без оформления документации о состоянии и предварительно определяют состояние ГПА. Процесс диагностирования включает в себя совокупность операций контроля, выполняемых в определенной последовательности. Любая диагностическая операция может быть контрольной, но не всякая контрольная операция является диагностической.
Таким образом, постановка диагноза предполагает, что объект при работе выдает информацию в виде симптомов (внешних признаков).
Информация подвергается обработке, где она очищается от посторонней, ненужной, не несущей сведений о техническом состоянии информации. Далее выполняется логическая обработка информации об объекте за определенный отрезок времени. Она позволяет вынести заключение о состоянии объекта, т.е. поставить технический диагноз.
Результат измерения физического износа или изменения состояния угой физической характеристики объекта при диагностике и известные предельно допустимые характеристики узлов и объектов позволяют рассчитать время эксплуатации до ремонта, т.е. выполнить операцию прогнозирования. Таким образом, задачей технической диагностики является не только обнаружение отклонений объекта от нормального состояния, но и прогнозирование его способности работать в последующий период эксплуатации.
Для разработки методов диагностики, с помощью которых можно было бы определить состояние объекта без его разборки, необходимо установить диагностические симптомы, объективные диагностические признаки, в результате исследования которых можно измерить диагностические параметры, характеризующие состояние узла и объекта. Последними принято называть параметры, определяемые посредством диагностирования и косвенно характеризующие техническое состояние объекта. К ним относятся мощность, давление, температура, параметры шума и вибрации и т.д.
Параметры технического состояния объекта или его элементов могут быть номинальными, нормальными, допустимыми и предельными.
При номинальном (расчетном) значении параметра обеспечивается максимальная эффективность эксплуатации элемента или объекта по технико-экономическим показателям (безотказности работы и экономичности). Эти значения, как правило, отличаются от значений параметров новых и капитально отремонтированных узлов, агрегатов или машин после их обработки и проработки.
При допустимом значении параметра обеспечивается безотказность работы элемента объекта без выполнения регулировочных и других профилактических операций и проведения ремонта до очередной проверки технического состояния объекта диагностирования. Большинство основных параметров, характеризующих техническое состояние узлов и агрегатов машин, имеет два допустимых значения. Одно из них рассчитывают исходя из необходимости обеспечения нормальной работы узла или агрегата до соответствующего технологического обслуживания, а другое — до очередного ремонта. Значение параметра, не выходящее за пределы допустимых величин, называют нормальным.
Предельное значение параметра указывает на то, что дальнейшая эксплуатация узла, агрегата или машины недопустима вследствие резкого увеличения интенсивности изнашивания сопряжений, чрезвычайного снижения эффективности машины или нарушения требований безопасности. Достижение предельного значения хотя бы одного из параметров состояния означает, что данный узел или агрегат находится в предельном состоянии.
Для оценки технического состояния агрегата весьма важное значение имеют такие показатели, как ремонте- и контролепригодность. Ремонтопригодность — это приспособленность узлов агрегата к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта. Контролепригодность — это приспособленность узлов агрегата к контролю технического состояния безразборным методом. Это свойство агрегата характеризуется удобством установки датчиков, трудоемкостью диагностирования, возможностью определения таких параметров, значения которых в достаточной мере характеризуют техническое состояние объекта контроля.
Эффективность диагностирования в значительной мере зависит от правильности выбора параметров, подлежащих контролю. При выборе числа параметров, достаточных для определения возможных состояний ГПА, и разработке методов и средств диагностирования решают следующие задачи. Во-первых, изучают и анализируют принципиальные и структурные схемы объекта контроля, его описание, технические данные, эксплуатационные характеристики и т.д. Во-вторых, накапливают и обрабатывают статистические материалы по числу и характеру отказов, динамике изменения параметров состояния в процессе эксплуатации возможным способом поиска неисправностей, различным методам диагностирования; затратам времени и средств на выполнение контрольно-диагностических операций и др. В-третьих, определяют методы и средства контроля, устанавливают режимы диагностирования, выбирают методы обработки и анализа результатов диагностирования для постановки диагноза. Наконец, устанавливают перечень параметров, необходимых для прогнозирования периода безотказной работы элементов машины, и выбирают метод прогнозирования остаточного ресурса объекта.
При установлении перечня параметров, подлежащих контролю, составляют схему возможных состояний элементов машины. Располагая данными по отказам, определяют вероятность появления каждого из возможных состояний элементов машины. Затем на основе анализа закономерностей изменения технического состояния элементов выбирают только те параметры, которые могли бы характеризовать состояние объектов контроля в любой момент времени.
Отметим, что правильный выбор минимального числа диагностических параметров позволяет значительно упростить и ускорить процесс выполнения комплекса технической диагностики. Для выбора диагностических параметров следует разработать математическую модель объекта и использовать подходящий математический аппарат. На базе такой модели объекта следует решать задачу о выборе диагностических параметров, охватывающих все возможные неисправности, их минимального числа, незначительной стоимости, минимального времени измерения и максимальной достоверности. В науке и технике известны различные методы, позволяющие без остановки и разборки машины оценить состояние отдельных ее агрегатов, механизмов и узлов. При этом необходимо отметить, что каждый тип машины требует своих методов диагностики, причем методы диагностики одних машин не могут быть перенесены на другие без соответствующего анализа. Любая машина может быть расчленена на группы механизмов и узлов, принципы диагностики которых могут оказаться разными, и, следовательно, условно ’’расчленяя” машину, можно оценить возможность применения известных методов для ее диагностики.
Широко известен виброакустический метод диагностики, сущность которого заключается в следующем. Во время работы машины движение деталей сопровождается их соударением, в результате которого по механизмам распространяются упругие колебания. Эти колебания называются структурным шумом в отличие от воздушного шума, который возбуждается механизмами в окружающей среде. При износе механизмов или возникновении в них дефектов нарушаются кинематические связи между деталями, вследствие чего меняется характер шума и вибрации. Это свойство используется для оценки технического состояния объектов по параметрам шума и вибрации. Сигналы, возбуждаемые колебаниями работающих механизмов, носят импульсный характер. Причем энергия вибрационного сигнала возрастает с увеличением зазора между соударяемыми деталями. Поэтому амплитуда вибрационного сигнала может достаточно точно характеризовать состояние кинематической пары. Сигналы принимаются специальными датчиками, установленными на корпусе узла или агрегата, причем датчик воспринимает результирующие колебания, создаваемые всеми элементами системы. Для выделения сигнала каждого элемента системы необходимо разделить сигналы на составляющие, при которых каждая из них характеризовала бы техническое состояние элемента или кинематической пары.
Среди множества методов технической диагностики (термическая индикация, ароматическая диагностика, рентгенография, виброакустическая диагностика, радиоволновое диагностирование, интроскопия, диагностика по спектральному анализу масла и выпускных газов, радиоактивных изотопов, по угару масла и др.) для газотурбинных ГПА наиболее эффективна виброакустическая диагностика.
Для успешного внедрения вибродиагностики необходимо выполнение комплекса научно-исследовательских работ: определение и изучение параметров, характеризующих состояние ГПА и его узлов; разработка диагностической модели ГПА; разработка методов анализа параметров состояния агрегатов, их узлов и деталей.
За последнее время получает все большее распространение система эксплуатации и обслуживания с применением методов и средств вибрационной диагностики, базируемых на анализе динамических (вибрационных) характеристик, обеспечивающих исправное и неисправное состояние ГПА в условиях эксплуатации.
В настоящее время на КС эксплуатируется ряд диагностических систем, внедрение которых дало положительные результаты. Эти системы в основном построены на параметрической диагностике, признаками которой являются теплотехнические и газодинамические параметры.
Вопросам разработки методов расчета и анализа динамических (вибрационных) характеристик, обеспечивающих исправное состояние ГПА в условиях эксплуатации, выявлению и обоснованию диагностических признаков дефектов ГПА, разработке и внедрению методов и средств вибро-диагностики газотурбинных ГПА на компрессорных станциях МГ посвящена настоящая работа.
- Название: Вибрационный контроль технического состояния газотурбинных газоперекачивающих агрегатов
- Авторы: М.Е. Бесклетный, Е.А. Игуменцев и др.
- Издательство: Недра
- Год: 1987
- Страниц:197
- Формат: *.pdf
- Размер: 10 Мб
- Качество: Хорошее
- УДК 628.517:622.691.4.052
- Серия или Выпуск: ——
Источник
