Диагностика роторного оборудования

стационарными средствами вибрационного контроля

А. В. Барков

Северо-Западный учебный центр. г.Санкт-Петербург

(812) 327 5563

Содержание

1.Типовые решения в контроле и диагностике

2. Назначение устройства

3. Структура устройства

4. Принцип работы

5. Диагностические возможности

Выводы

 

Реферат

Рассматривается вопрос создания эффективных и недорогих многоканальных средств непрерывного контроля состояния роторного оборудования по вторичным процессам, дополненных диагностическими возможностями. Диагностика всей номенклатуры опасных дефектов выполняется в них по данным широкополосных измерений вибрации на низких, средних и высоких частотах, а также по измерениям узкополосных спектров вибрации и тока с выделением наиболее интенсивных составляющих. Часть порогов состояния на контролируемые параметры определяется нормами, часть формируется автоматически по накапливаемым результатам измерений.

Программы обработки результатов измерений и диагностики оптимизированы под реализацию без компьютера, на сигнальных процессорах. Это дало возможность разработать и подготовить к производству низкозатратное устройство для ранней аварийной сигнализации и диагностики типового роторного оборудования с числом опор вращения до восьми. Устройство может использоваться как в автономном режиме, так и в составе более сложных систем контроля и мониторинга, в которых требуется диагностика различных объектов

 

 

1.Типовые решения в контроле и диагностике.

Контроль мощности (уровня) вибрации регламентирован многими документами по обеспечению безопасной эксплуатации машин и оборудования, которые определяют основные требования к параметрам вибрации, точкам ее контроля, периодичности измерений, порогам опасности и скорости принятия решений. Реализуется он переносными виброметрами, стационарными датчиками вибрации периодического действия или средствами непрерывного контроля - группой датчиков, обеспечивающих аварийную сигнализацию или защиту объекта.

Непрерывный контроль уровня вибрации дает возможность обнаружить опасные ситуации, прежде всего из-за «человеческого» фактора, являющегося в настоящее время основной причиной отказов обслуживаемого роторного оборудования, и вывести его из эксплуатации с минимальными потерями. Периодический контроль эффективен лишь для автоматически управляемых необслуживаемых объектов повышенной надежности, в которых нет условий для появления быстроразвивающихся дефектов.

Однако, когда необслуживаемое роторное оборудование поступает в Россию или страны с неразвитой культурой его эксплуатации, из-за погрешностей монтажа и плохих условий эксплуатации ресурс снижается и со временем становятся востребованными диагностика и обслуживание оборудования, причем с учетом еще и возможных ошибок обслуживания и управления. Естественно, что периодический контроль его вибрации уходит на второй план с использованием переносных средств измерения, способных анализировать вибрацию и выдавать диагностическую информацию. А на первый выходит непрерывный контроль состояния, но также с возможностью диагностики.

В агрегатах повышенной сложности непрерывный контроль состояния с диагностикой часто обеспечивается разработчиками путем встраивания в агрегат системы мониторинга на основе различных датчиков рабочих и вторичных процессов. Ее составной частью может быть простейшее средство непрерывного контроля уровня вибрации для обнаружения нештатных ситуаций, но диагностическая нагрузка на такое средство минимальна. Основная причина этого – низкая достоверность результатов из-за возможных ложных срабатываний при скачках вибрации в переходных режимах работы агрегата, а также пропуск ряда опасных ситуаций, особенно из-за дефектов подшипников и нарушения зазоров между вращающимися и неподвижными узлами роторного оборудования, практически не меняющих уровень контролируемой вибрации. Как следствие, для повышения достоверности контроля состояния в оборудование встраиваются датчики различных величин и рабочих процессов, контролирующие и режим работы, и внешние условия, и износ отдельных узлов и деталей, но это резко увеличивает затраты на встроенную систему мониторинга и ограничивает область ее применения.

Простейшие устройства непрерывного контроля уровня вибрации часто используются в составе автоматизированных систем управления (SCADA) группой объектов, в функции которых не входит раннее обнаружение потенциально опасных дефектов. Снижать вероятность ошибок управления из-за ложного срабатывания устройств вибрационного контроля в переходных режимах работы удается, контролируя их по показаниям датчиков других объектов, входящих в СКАДА. А периодическая вибрационная диагностика агрегатов, охваченных вибрационным контролем, при ее необходимости, выполняется независимыми средствами диагностики, иногда с использованием сигналов вибрации, передаваемых с датчиков стационарных устройств ее контроля.

Аналогичный контроль уровня вибрации может использоваться и в составе средств аварийной сигнализации и защиты роторного оборудования. Для снижения вероятности ошибочных решений в таких средствах применяются задержки на принятие решений, но при этом растет реальная вероятность пропустить отказ при его лавинообразном развитии. А виброконтроллеры, используемые для управления аварийной сигнализацией агрегатов с одним режимом работы, чаще всего просто отключают на время самого опасного переходного режима работы агрегата – его пуска.

Расширить диагностические возможности средств измерения вибрации в составе роторного оборудования удается использованием стационарных компьютерных систем мониторинга и диагностики (СМД), создаваемых на основе датчиков вторичных процессов и позволяющих обнаруживать дефекты на ранней стадии развития, отслеживать тренды их развития по накапливаемой информации и прогнозировать остаточный ресурс. Такие системы для повышения достоверности раннего обнаружения опасности используют в диагностике каждого вида дефекта несколько независимых диагностических признаков, сложных для выделения из сигналов вибрации и тока и, кроме того, требуют индивидуальной привязки к каждому виду оборудования на первых этапах эксплуатации. Поэтому основной областью их применения является мониторинг состояния и диагностика уникальных агрегатов с большим количеством опор вращения и увеличенной номенклатурой диагностируемых узлов, а основной особенностью – возможность проведения не только простейшей автоматической диагностики, но и углубленной, в том числе экспертной, с передачей результатов хранимых в базе данных измерений и анализа удаленным от мест эксплуатации экспертам.

Но для типового обслуживаемого оборудования нужны и более простые устройства контроля состояния с обнаружением наиболее опасных дефектов. А эксплуатация разработанного с участием автора первого поколения СМД-4 показала, что в таких случаях не требуется контролировать все независимые признаки каждого дефекта, и можно сократить объем вычислений и анализа, требуемых для глубокой диагностики, отказавшись от использования встроенных в средства измерения и диагностики баз данных и подробного анализа трендов развития контролируемых параметров и дефектов. А это означает, что при небольшом количестве параллельно измеряемых и анализируемых сигналов вибрации можно не применять компьютеры с операционными системами высокого уровня, ограничившись возможностями сигнальных процессоров, широко используемых в устройствах вибрационного контроля. Так основу предаварийной диагностики роторных агрегатов с количеством опор вращения 6-8 могут составить результаты контроля уровня импульсной вибрации на средних и высоких частотах и уровня нескольких из основных составляющих узкополосных спектров вибрации и тока. Поскольку обнаружение развитых дефектов по узкополосному спектру вибрации эффективно при частотах вращения узлов от 100 -120 об/мин и выше, возможна предаварийная автоматическая диагностики большинства типовых роторных агрегатов.

На основании этого и с учетом опыта создания многоканальных устройств расширенного вибрационного контроля без использования промышленных компьютеров, была выполнена разработка встроенного диагностического программного обеспечения для устройств контроля, предназначенных для совместной работы с внешними программами мониторинга и диагностики. В качестве базового устройства был выбран 8-канальный модуль ВДМ82, используемый в качестве средства непрерывного измерения уровня вибрации в широких полосах частот.

Целью разработки стало создание устройства аварийной сигнализации с функцией оперативной диагностики  для типовых роторных агрегатов с ограниченным количеством опор вращения и диагностируемых узлов. В качестве выходных параметров подготовленного к серийному выпуску устройства, которое может применяться на любом жизненном цикле объектов диагностики, стали ранняя аварийная сигнализация повышенной помехоустойчивости и диагностика причин обнаруживаемого предаварийного состояния. При этом затраты на эксплуатацию типового роторного оборудования с этим устройством значительно ниже, чем с встроенной производителями системой мониторинга, или с внешней системой мониторинга и диагностики роторных агрегатов по вторичным процессам.

 

2. Назначение устройства

Основным назначением устройства (модуля оперативной диагностики и сигнализации ВДМ-А2) как и встроенных, и внешних систем мониторинга роторного оборудования, является своевременное обнаружение опасных изменений состояния либо из-за ошибок эксплуатации, либо из-за скрытых дефектов изготовления, либо из-за развитых дефектов старения и износа. Операции обнаружения проводятся, как правило, по вторичным процессам – вибрации и паразитным составляющим тока электродвигателя. Часть из опасных изменений состояния приводит к нарушениям режима работы, а часть – наоборот, является следствием нарушения режима. По этой причине в средствах аварийной сигнализации и диагностики необходим контроль текущего режима работы объекта и его стабильности на время диагностических измерений. В объектах с встроенными системами мониторинга для этого есть специальные датчики рабочих процессов. В ВДМ-А2 режим работы роторного оборудования может определяться косвенно по датчикам, используемым для измерения диагностических параметров в сигналах вибрации и тока, а в ряде случаев - по датчику оборотов ротора.

Назначением ВДМ-А2 является и диагностика причины регистрируемых изменений состояния агрегата с обнаружением опасных для продолжения его эксплуатации дефектов. Диагностика – опциональное свойство, для его реализации во встроенную в ВДМ-А2 программу должен входить модуль диагностики конкретного вида агрегата.

Для иллюстрации возможностей ВДМ-А2 в сравнении со встроенными системами мониторинга в таблице 1 приведен перечень основных характеристик роторного оборудования, которые могут контролироваться встроенной системой мониторинга и устройством ВДМ-А2. Результатом их контроля может быть как аварийная сигнализация, так и диагностика причины ожидаемого отказа.

 

Таблица 1. Контролируемые параметры и характеристики

№	Контролируемая характеристика	Назначение	Встроенный мониторинг	ВДМ-А2	Примечание
1	Режим работы	Сигнализация/ смена наборов порогов для разных режимов	Встроенные датчики, соответствующие технологическому процессу	Косвенно по частоте оборотов/силе тока/вибрации	Позволяет обнаруживать ошибки эксплуатации
2	Параметры рабочей среды	Сигнализация /управление		Опционально по частоте оборотов/силе тока
3	Стабильность параметров	Контроль средств управления			Позволяет обнаруживать ошибки управления
4	Характеристики износа	Сигнализация	Датчики износа	Косвенно по току/вибрации
5	Утечки рабочей среды	Сигнализация/ аварийная защита	Датчики утечек	Опционально - датчики утечек
6	Температура вторичная		Датчики температуры	Опционально - датчики температуры	Позволяет обнаруживать ошибки эксплуатации
7	Низкочастотная (НЧ) вибрация		Датчики уровня НЧ-вибрации	Датчики вибрации широкого диапазона частот	По стандарту
8	Среднечастотная (СЧ) вибрация	Контроль состояния	-		С делением на компоненты
9	Высокочастотная (ВЧ)-вибрация		-
10	Спектр вибрации	Диагностика	-	В диапазонах НЧ и СЧ
11	Стабильность параметров	Оценка «старения»	-	Для основных диагностических параметров
12	Тренды параметров	Прогноз	При превышении порога предупреждения	Непрерывно для части параметров вибрации

 

Операции контроля возможны, если заданы пороговые значения для оценки состояния по каждому из контролируемых параметров. Во встроенных средствах мониторинга оптимизация номенклатуры параметров и требований по порогам проводится производителем оборудования. В ВДМ-А2 алгоритмы установки порогов определяются разработчиком индивидуально для каждого параметра. Пороги для большинства параметров устанавливаются автоматически по накапливаемой устройством статистике измерений после его установки на объект.

Системы мониторинга могут по трендам этих параметров давать краткосрочный прогноз состояния, но это требует хранения и сложной обработки данных измерений за длительное время, т.е. резкого усложнения, часто с переходом на периодическое обслуживание системы. Поэтому такие устройства, как ВДМ-А2, несмотря на ограниченные возможности по анализу трендов, будучи необслуживаемыми и недорогими приборами, имеют явные преимущества при использовании в составе относительно несложного роторного оборудования. При этом возможности диагностики оборудования (в том числе и автоматической) после раннего обнаружения предаварийной ситуации в ВДМ-А2 могут быть даже шире, чем во встроенных средствах мониторинга.

ВДМ-А2 обладает защитой от ложных срабатываний и повышенной чувствительностью к максимально широкой номенклатуре дефектов. Высокий уровень защиты обеспечивается увеличением порогов опасного состояния на время действия контролируемых переходных режимов работы объекта, а повышение чувствительности к слабо обнаруживаемым дефектам – увеличением номенклатуры контролируемых параметров вторичных процессов. В системах мониторинга это достигается увеличением количества датчиков, в том числе контролирующих износ конкретных узлов, датчиков утечек рабочих сред, датчиков температуры и т. п. В ВДМ-А2 - расширением количества контролируемых параметров, прежде всего за счет измерения вибрации в широких полосах на средних (СЧ) и высоких (ВЧ) частотах и выделения из них импульсных компонент ударного происхождения. Суммарное количество контролируемых параметров может превышать 20 для каждого датчика. При этом минимально необходимое число датчиков вибрации остается небольшим.

В ВДМ-А2 возможна трехуровневая диагностика роторного агрегата. Первый уровень – непрерывная диагностика по широкополосным измерениям вибрации. Она не требует внесения в конфигурацию устройства подробных данных об объекте. Второй уровень – диагностика на основе непрерывно измеряемых узкополосных спектров вибрации (при необходимости и тока), требующая подключения диагностического модуля, разработанного под конкретный вид агрегата. Для третьего уровня – глубокой диагностики с использованием внешних диагностических программ – предусмотрена передача измеряемых сигналов по компьютерной сети и, параллельно, данных о текущем режиме работы агрегата.

 

3. Структура устройства

Основным элементом ВДМ-А2 является сертифицированный модуль вибрационного контроля МВК с встраиваемым в него дополнительным программным обеспечением, реализующим функции аварийной сигнализации и диагностики. МВК представляет собой устройство для параллельного измерения широкополосных сигналов в диапазоне до 25,6 кГц, а также для обработки получаемой информации и принятия решений по ее результатам. Количество синхронно измеряемых сигналов от первичных преобразователей – до 8, частота дискретизации – 65,536 кГц

Основной вид измеряемых сигналов – вибрация. Используются IEPE - измерительные преобразователи с их питанием от МВК при минимальным количестве проводников в измерительном кабеле. Для измерения переменного тока в качестве первичных преобразователей используются измерительные трансформаторы тока. Для проведения измерений, синхронных с вращением роторного оборудования, в том числе с построением порядковых спектров их вибрации и пространственных форм колебаний, предусмотрен дополнительный канал измерения синхросигналов разного назначения, в том числе сигналов с датчика оборотов ротора.

В состав МВК входят измерительные усилители, 24 – разрядный восьмиканальный аналого-цифровой преобразователь, два цифровых сигнальных процессора, Ethernet-интерфейс и два цифровых выхода аварийной сигнализации с гальванической развязкой.

ВДМ-А2 оснащен как проводным, так и беспроводным интерфейсами передачи данных – 100BASE‑TX и WiFi (2,4 ГГц и 5 ГГц). Передача расчетных значений измеряемых параметров и результатов диагностики по сети осуществляется с использованием протокола Modbus TCP, что позволяет использовать ВДМ-А2 в составе любой SCADA-системы. Для передачи исходных измеряемых сигналов вибрации, тока и синхросигналов применяется специфический протокол транспортного уровня.

Для случая использования в качестве автономного устройства ВДМ-А2 выпускается в виде моноблока с сенсорным дисплеем, сигнальной лампой – индикатором состояния и кнопкой квитирования аварийных сигналов (рис. 1). Для контроля агрегатов, установленных на одном предприятии, множество устройств ВДМ-А2, не оборудованных дисплеями, но подключенных к локальной вычислительной сети, могут быть объединены в единую систему мониторинга и диагностики средствами ПО SCADA, адаптируемого по требованиям заказчика.

Дополнительное технологическое программное обеспечение, поставляемое в комплекте с каждым устройством, позволяет в реальном масштабе времени отображать временные сигналы вибрации и тока, их спектры, спектры огибающих, а также сохранять записи временных сигналов на внешнем компьютере для последующего анализа. 

Рис. 1. ВДМ-А2 с индикатором состояния и сенсорным дисплеем.

4. Принцип работы

Обработка поступающих сигналов производится в два этапа. Первый этап обеспечивает необходимые виды анализа измеряемых сигналов с коротким временем обновления результатов (от 0,5 с до 8 с, рост по мере снижения частоты вращения ротора):

• многоуровневое прореживание измеряемого сигнала в каждом измерительном канале с измерением автоспектра его низкочастотной части и огибающей высокочастотной части на каждом уровне,
• измерение мощности высокочастотной части сигнала на предварительно заданном уровне прореживания и выделение из ее огибающей импульсных компонент,
• построение широкополосного (третьоктавного) спектра вибрации по измеренным на всех уровнях прореживания автоспектрам
• определение мощности (уровня) сигнала в предварительно заданных стандартных полосах частот по данным измерений широкополосного и узкополосных спектров,
• выборочное построение порядкового спектра вибрации на одном из уровней прореживания при совместном измерении вибрации и частоты вращения ротора, с определением амплитуд и фаз гармоник заданной кратности,
• поиск интенсивных гармонических составляющих в автоспектре вибрации (тока) с определением их частоты и амплитуды.

Кроме перечисленных видов анализа измеряемых сигналов на первом этапе по расчетным значениям параметров контролируется режим работы объекта и его стабильность во время измерений. Контроль режима может осуществляться по силе тока привода, а если агрегат оборудован преобразователем частоты, то и по частоте. Кроме этого, при переменных частотах вращения агрегата для контроля режима работы можно использовать датчик частоты вращения, а в асинхронном электроприводе определять режим по величине скольжения. Наконец, в однорежимных агрегатах с известной частотой вращения момент входа в режим, а также выхода из режима можно обнаруживать по вибрации.

Задача второго этапа – обработка результатов анализа, получаемых в виде диагностических параметров, определение их интегральных характеристик, построение порогов состояния для каждого параметра в выбранных режимах работы и составление матриц состояния роторного агрегата для каждого из выбранных режимов

Интегральные характеристики – это прежде всего оценка стабильности отдельных, наиболее мощных составляющих вибрации или тока. Стабильность падает по мере старения и износа объекта контроля, даже если в нем нет явно выраженных дефектов и используется для общей оценки старения агрегата. Пороги, если они не заданы в регламентирующих документах, определяются экспертным путем, на основе статистической обработки накапливаемых в ВДМ-А2 значений контролируемых параметров. По мере накопления и обработки информации пороги могут несколько раз за жизненный цикл объекта автоматически корректироваться, причем после проведения среднего ремонта объекта накопленные данные лучше архивировать, заново запуская режим автоматической установки порогов.

Выходными данными для второго этапа и ВДМ-А2 в целом является матрица зон состояния по всем параметрам, т. е. от 20 до 30 для каждой точки контроля, составленная для устойчивого режима работы объекта. Большинство параметров, а вместе с ними и итоговая оценка состояния обновляются часто (от 0,5 с до 8 с), что определяет время реакции ВДМ-А2 при скачкообразном изменении состояния агрегата. Период обновления интегральных характеристик может составлять от 1 до 8 минут.

Для подключения встроенной диагностики по узкополосным спектрам вибрации и тока нужен диагностический модуль, который, при необходимости, составляется или корректируется разработчиками ВДМ-А2 по итогам опытной эксплуатации устройства со сбором данных о работе объекта во всех допустимых режимах

 

5. Диагностические возможности

ВДМ-А2 подробно не анализирует историю измерений диагностических параметров, и не прогнозирует состояние объекта или глубину развития обнаруживаемых дефектов на длительный срок, что позволяет выполнить его в виде простого необслуживаемого устройства без встраиваемого компьютера и обслуживаемой базы данных. Однако основные функции средства мониторинга роторного оборудования - контроль текущего состояния с ранней аварийной сигнализацией в любом режиме работы оборудования, начиная с пуска и кончая полной остановкой, а также диагностика причин возникающей предаварийной ситуации с обнаружением, локализацией и определением вида наиболее опасных дефектов – реализуются этим устройством в полном объеме, причем с использованием сигналов и информации, получаемых только с собственных датчиков.

Простейшая диагностика состояния - локализация точки измерения вибрации с худшей зоной состояния по контролируемым параметрам вибрации в широких полосах частот - доступна в любом режиме работы объекта. Пусковые и динамические режимы работы агрегата при оценке состояния контроллером рассматриваются как один, характеризующийся нестабильностью частоты вращения ротора. В этих режимах оценка производится по мощности вибрации в трех широких полосах частот (НЧ, СЧ и ВЧ), а также по уровню импульсной вибрации на СЧ и ВЧ. Пороги на все параметры определяются по регламентирующим документам и/или по статистике измерений в одном наиболее часто используемом установившемся режиме работы. Селекция скачков вибрации при опасных изменениях состояния и при смене режима работы объекта проводится по контролируемой длительности перехода параметров из одной зоны состояния в другую.

Основные операции диагностики в устройстве выполняются в заранее отобранных для проведения диагностических измерений стабильных режимах работы агрегатов роторного типа. В список используемых для диагностики параметров входят и параметры вибрации в широких полосах частот, и группа выделяемых из узкополосных спектров гармонических составляющих вибрации и тока.

Модули диагностики, используемые в ВДМ-А2 – разные для разных видов роторных агрегатов. Для примера в таблице 2 приведены дефекты и их основные диагностические признаки, использованные для построения модуля диагностики центробежного нагнетателя (компрессора) с асинхронным электродвигателем и одноступенчатым мультипликатором. Диагностический модуль разработан для агрегата с подшипниками качения.

Таблица 2 Диагностические признаки дефектов компрессора

№	Вид дефекта	Рост вибрации в широких полосах	Рост гармоник	Примечание
1	Дисбаланс ротора		Fврд или Fврн
2	Несоосность валов или дефект муфты		kFврд или kFврн
3	Старение смазки подшипника	ВЧ, удары в конкретном подшипнике, точки 1-8		Только в одном подшипнике
4	Механический дефект подшипника	СЧ, удары в конкретном подшипнике, точки 1-8		Только в одном подшипнике
5	Нарушения зазоров в АД		2F1; kFzд; Fzд±2F1	Любая гармоника
6	Дефект шестерни	СЧ-удары в подшипниках точки 3–6 одновременно	kFврд или kFврн	Оба признака одновременно
7	Дефект зацепления		kFzм
8	Дефект смазки в зацеплении	СЧ-трение в точках 3, 4, 5, 6		Не менее, чем в 3 одновременно
9	Нарушения в потоке	ВЧ СЧ трение в точках 7 и 8	kFлн	одновременно
10	Нарушение зазоров в нагнетателе	ВЧ- удары в точках 7 и 8		одновременно
11	Общий износ АД	Нестабильность ОУ	Нестабильность Fврд
12	Общий износ нагнетателя	Нестабильность ОУ	Нестабильность Fврн

                Где F_врд ; F_врн – частоты вращения двигателя и нагнетателя, F₁ – частота питающей сети, F_zд – зубцовая частота двигателя F_zм – зубцовая частота мультипликатора; F_лн – лопаточная частота нагнетателя

Поскольку рассмотренный нагнетатель имеет один режим работы с частотой вращения, которая близка к частоте напряжения питающей сети (50Гц), режим работы определяется по вибрации, а датчики тока или частоты вращения для этой цели не используются. Все 8 датчиков вибрации устанавливаются на разные подшипниковые опоры и измеряют вибрацию в радиальном к оси вращения направлении. Это позволяет выделить дефектный подшипник и отделить механические дефекты подшипников и шестерен от дефектов их смазки по соотношению величин импульсной вибрации на средних и высоких частотах.

Более сложный для диагностики случай – агрегаты с переменной частотой вращения. К этой категории относятся, в частности, механизмы, имеющие электропривод переменного тока с преобразователем частоты питающего напряжения. В качестве примера рассматривается осевой насосный агрегат с регулируемой частотой вращения, в котором один их подшипников смазывается перекачиваемой жидкостью. Типовой диапазон частот вращения агрегата - от 200 до 350 об/мин – входит в область доступных для эффективной работы ВДМ-А2 частот вращения - от 100 до 5000 об/мин, где базовым видом измерений является узкополосный спектр вибрации, используемый для диагностики роторного оборудования.

Сложность диагностики таких агрегатов определяется тремя основными факторами:

• существенными изменениями параметров вторичных процессов при смене частоты вращения агрегата,
• работой преобразователя частоты, возбуждающего импульсную высокочастотную вибрацию двигателя, ограничивающую эффективность диагностики его подшипников,
• невозможностью контроля сил трения в обтекаемом подшипнике скольжения по вибрации для оценки его состояния.

При разработке диагностического модуля для такого агрегата было ограничено количество используемых для диагностики дефектов стабильных режимов работы агрегата до двух, использован дополнительный алгоритм анализа импульсной вибрации двигателя при работе от статического преобразователя, а для контроля состояния подшипника скольжения до момента появления автоколебаний рабочего колеса в подшипниках использованы дополнительные признаки оценки нестабильности пространственного положения смазочного клина.

Основные дефекты агрегата, двигатель которого работает в подшипниках качения, а в самом насосе использованы как подшипники качения, так и подшипники скольжения, приведены в таблице 3. В ней же приведены основные признаки дефектов, контролируемые по вибрации и току. В каждом из двух режимов работы с частотами вращения ротора 240 ± 10об/мин и 300 ± 12об/мин проводится независимая диагностика. Частота питающего напряжения и ее стабильность определяются и контролируются по спектру тока, измеряемому два раза в секунду, частота вращения насоса и ее стабильность – по спектру вибрации с учетом числа пар полюсов двигателя и ожидаемой величины скольжения. Во всех остальных режимах работы, в том числе и стабильных по частоте вращения, но отличающихся от указанных, проводится простейшая диагностика с использованием порогов, применяемых для динамических режимов.

Таблица 3. Диагностические признаки дефектов насосного агрегата

№	Вид дефекта	Рост вибрации в широких полосах	Гармоники	Ток АД	Примечание
1	Дисбаланс ротора		Рост Fвр	-
2	Несоосность валов или дефект муфты		Рост kFвр	Рост F1 ± Fвр
3	Старение смазки подшипника качения	ВЧ, удары в подшипн. (точки 1-3)			Только в одном подш
4	Механический дефект подшипника качения	СЧ, удары в подшипн (точки 1-3)			Только в одном подш
5	Нарушения зазоров в АД		Рост 2F1; kFzд; Fzд±2F1	Рост Fzд±F1	Любая
6	Дефект беличьей клетки		Fвр ± 2sF1	F1 ± 2sF1
7	Износ подшипника скольжения	Нестабильность ОУ	Рост FА Нестабильн Fвр	Нестабильн F1	В точках 4,5
8	Неоднородность потока	СЧ в точках 4,5,6	kFлн	Нестабильн F1
9	Нарушение зазоров, кавитация	ВЧ-в точках 4,5,6	kFлн		-
10	Общий износ АД	Нестабильность ОУ	Нестабильность Fвр		В точках 1,2
11	Общий износ насоса	Нестабильность ОУ	Нестабильность Fлн		В точках 3,4,5,6

                Где F_вр – частота вращения, F₁ – частота питающей сети, F_zд – зубцовая частота двигателя; F_лн – лопастная частота насоса; s- скольжение ротора

Контроль режима работы насосного агрегата ведется совместно по непрерывно измеряемым спектрам вибрации и тока. Для диагностики используются только те измерения, которые выполнены на указанных частотах вращения, при стабильной частоте тока и скорости вращения ротора, контролируемых по спектрам. Всего используется 6 датчиков вибрации и один датчик тока. Вибрация двигателя измеряется в радиальном к оси вращения направлении, вибрация насоса – и в радиальном, и в осевом направлении, в плоскости вращения рабочего колеса используются две точки контроля вибрации.

Как показывают приведенные примеры, диагностические возможности автономных ВДМ-А2 позволяют успешно отслеживать техническое состояние типовых обслуживаемых роторных агрегатов с ограниченной номенклатурой диагностируемых узлов и количеством опор вращения до восьми на любом этапе их эксплуатации, обнаруживая и опасные изменения состояния из-за человеческого фактора, и развитые дефекты старения и износа. Другие эффективные области использования ВДМ-А2 – в составе систем диспетчерского управления больших групп разного оборудования, например, в составе автоматизированных СКАДА – систем. Наконец, разработчики роторного оборудования могут включать ВДМ-А2 в состав встроенных систем мониторинга, существенно расширяя их диагностические возможности.

Встраиваемые в ВДМ-А2 диагностические модули рассчитаны на обнаружение и идентификацию развитых дефектов, представляющих реальную опасность при продолжении эксплуатации агрегатов роторного типа. При решении задачи перевода агрегата на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию возможностей ВДМ-А2 может не хватить, так как потребуется раннее обнаружение дефектов старения и износа с долгосрочным прогнозом состояния, чтобы обеспечить необходимый для подготовки к обслуживанию и ремонту оборудования запас по времени.

Для перевода на обслуживание и ремонт типового роторного оборудования с ВДМ-А2 можно воспользоваться внешними программами периодической глубокой диагностики, как экспертными, так и автоматическими, если таковые существуют для конкретного типа оборудования. Как правило, это общие для нескольких видов оборудования программы, периодически принимающие из ВДМ-А2 разных агрегатов по компьютерной сети отрезки оцифрованных диагностических сигналов с данными о текущем режиме работы и его стабильности, и выполняющие функции их дальнейшего анализа, обработки данных, хранения результатов, мониторинга состояния и глубокой диагностики. А поскольку это все функции типовых систем мониторинга и диагностики роторного оборудования (СМД), использующих в своей работе расширенное в несколько раз количество контролируемых параметров, при необходимости реализовать глубокую диагностику конкретного оборудования необходимо предварительно убедиться в более высокой технической и экономической эффективности использования ВДМ-А2, а не переносных средств диагностики или стационарной системы мониторинга и диагностики СМД.

 

Выводы

• Следить за состоянием роторного оборудования с ограниченной наработкой на отказ рекомендуется стационарными средствами непрерывного контроля вибрации, имеющими расширенную защиту от ложных срабатываний и обеспечивающими раннюю аварийную сигнализацию с диагностикой опасных дефектов.
   
• Указанные возможности исследованы и реализованы в восьми канальном устройстве ВДМ-А2 с встроенной программой диагностики на основе современных цифровых технологий без использования компьютеров и обслуживаемых баз данных путем расширения количества контролируемых параметров в каждом канале до 20 и более с автоматическим определением порогов по накапливаемым данным.
   
• Подготовленное к серийному производству устройство для типовых роторных агрегатов существенно менее затратно в эксплуатации, чем встраиваемые системы мониторинга состояния, сохраняя при этом все возможности обнаружения нештатных ситуаций из-за «человеческого» фактора и диагностики опасных дефектов
   
• Использовать устройство можно и в автономном режиме работы, и в составе больших автоматизированных систем управления технологическими процессами (СКАДА), и в составе встроенных в агрегат систем мониторинга, поставляемых производителем роторного оборудования