Шрифт:

Новое поколение систем мониторинга и диагностики роторного оборудования, разработанных предприятиями Ассоциации ВАСТ. Доклад

А.В. Барков, Д.Л. Жуковский

Ассоциация ВАСТ, г. Санкт-Петербург.

 

Полный текст доклада в формате .pdf

Первые шаги по практическому использованию достижений диагностики применительно к вращающемуся оборудованию без нарушения режима его работы, если не считать анализа продуктов износа в смазке, начались с решения задач обнаружения эксплуатационных дефектов роторных машин по вибрации около 30 лет назад, с появлением первых цифровых измерительных приборов и персональных компьютеров. В то время на одинаковой ступени развития оказались диагносты и западной Европы, и северной Америки, и СССР. Конверсионный этап развития диагностики мы проходили все вместе, запад лидировал в создании цифровой измерительной и анализирующей техники, мы – в создании алгоритмов и диагностического программного обеспечения, заменяющего экспертов. Совместные разработки разошлись по многим странам, помогая решению эксплуатационных задач, направленных на удешевление и совершенствование процессов обслуживания и ремонта в следующей последовательности:

  1. Сокращение количества внеплановых остановок оборудования и объемов работ по текущему ремонту
  2. Продление жизненного цикла оборудования, выработавшего назначенный ресурс
  3. Отказ от планового обслуживания оборудования при отсутствии дефектов
  4. Переход на ремонт по фактическому состоянию оборудования.

Сокращение внеплановых остановок обеспечивалось путем отслеживания процессов развития признаков типовых дефектов, достигших опасных значений, а во время каждой внеплановой остановки оборудования обслуживающий персонал устранял наиболее опасные дефекты.

При продлении ресурса производился необходимый текущий ремонт, в частности по результатам вибрационной диагностики изнашиваемых частей, контактирующих между собой или с потоком жидкости (газа), а по результатам выборочного неразрушающего контроля показателей старения материалов в наиболее нагруженных местах и старения электрической изоляции – необходимая замена конструктивных элементов и электрических цепей.

Развитие ранней диагностики вращающегося оборудования по его вибрации, а также по току приводных электродвигателей и по доступному для измерения и анализа оптическому и тепловому излучению поверхностей позволило со временем решать задачи третьей группы – отказываться от обслуживания без необходимости.

Соответственно комплексный подход к ранней диагностике изнашиваемых узлов, контролю процессов старения материалов и электрической изоляции с отслеживанием скоростей развития признаков дефектов в процессе эксплуатации вплоть до опасного состояния в ряде случаев дал возможность перехода на ремонт вращающегося оборудования по состоянию.

Совместная в начале 90-х годов работа по развитию вибрационной диагностики специалистов многих стран позволила к концу века создавать технические средства и программное обеспечение под актуальные для каждого производителя машин и оборудования задачи. Но эти задачи у разных производителей постепенно стали расходиться, что существенно повлияло на развитие диагностики во многих странах.

Так, в России сохранились традиционные пути независимого развития средств контроля и средств диагностики работающих машин и оборудования с использованием параметров их вибрации. Вибрационный контроль, обычно в виде стационарно устанавливаемых устройств, развивался в рамках решения стандартных задач аварийной сигнализации и защиты, а вибрационная диагностика (в совокупности с диагностикой по току электрических машин и тепловизионным контролем) в виде переносных приборов и систем - для совершенствования процессов обслуживания и ремонта. С 1996г. - 1998г. когда было запущено производство собственных цифровых виброанализаторов специалисты ВАСТа – авторы разошедшейся по всему миру программы автоматической диагностики DREAM, заменяющей ведущих экспертов, из-за высокой стоимости перестали поставлять на внутренний рынок переносные диагностические системы с зарубежными приборами. Это постепенно привело к снижению поставок диагностического программного обеспечения в составе переносных систем диагностики и для западных потребителей, производящих диагностику роторного оборудования без привлечения экспертов.

Развитие средств диагностики в странах с передовым производством в начале 21 века стало постепенно менять направление. Его смену определили как организационные изменения в диагностическом обслуживании предприятий, так и особенности развития машиностроения, а также цифровых средств измерения и анализа различных процессов.

Среди особенностей развития машиностроения следует выделить:

  1. Многократный рост доли необслуживаемого модульного оборудования, работающего до отказа или замены по фактическому состоянию
  2. Искусственное сокращение ресурса оборудования из-за быстрого морального старения
  3. Усложнение производимого оборудования, приводящее к значительному росту доли отказов из-за ошибок обслуживания и управления
  4. Отказ от производства оборудования большими сериями, и, соответственно, отказ от полных ресурсных испытаний, приводящие к росту ошибок проектирования, характерных для конкретных фирм – производителей,

Эти особенности, во-первых, повлияли на развитие переносных средств диагностики, особенно для диагностики вспомогательного оборудования, в части снижения требований по раннему обнаружению дефектов с долгосрочным прогнозом состояния. В то же время повысились требования по достоверности краткосрочного прогноза (оценки остаточного ресурса) при появлении опасных дефектов, а также онлайн контроля состояния оборудования в пусковых режимах, на которые приходится основная часть отказов. Появилось и отдельное направление обслуживания оборудования - авторизованное, производимое представителями производителей с оперативным обнаружением и устранением внесенных при проектировании недостатков.

Но наиболее сильные изменения произошли в развитии стационарных систем диагностики. Повлияло на эти изменения не столько развитие машиностроения, сколько тенденции развития цифровых методов и средств анализа различных процессов, а также систем управления машинами и оборудованием. Главным направлением развития диагностики вращающегося оборудования стало объединение средств управления, мониторинга и диагностики в единую систему управления ответственным оборудованием по фактическому состоянию. Для такого объединения потребовалось многократное ускорение процессов диагностики с повышением ее достоверности, а это – следствие ускоренного развития многоканальных средств параллельного измерения и онлайн анализа как первичных, так и вторичных процессов в работающих по прямому назначению объектах управления и диагностики.

Во время экономического кризиса 2008 года в России спрос на выпускаемые средства диагностики снизился, и предприятия Ассоциации ВАСТ пришли к выводу о необходимости освоения новых тенденций в диагностике вращающегося оборудования для расширения областей ее использования и повторного выхода на международный рынок технологий диагностики. Решение основывалось на анализе проблем, возникающих при эксплуатации объединенных систем защиты, управления и диагностики, поставляемых в Россию в составе ответственного вращающегося оборудования ведущими машиностроительными корпорациями, среди которых следует выделить:

  1. Поставляемые объединенные системы управления и диагностики через короткое время эксплуатации часто снижают эффективность из-за невозможности выполнить на местах все требования к технологиям обслуживания и ремонта оборудования
  2. Необходимый для диагностики список типовых дефектов, требующих оперативного обнаружения, постоянно меняется и может быть разным у разных производителей однотипного оборудования из-за частой смены модификаций с устранением одних ошибок проектирования и внесением других.
  3. Российские производители вращающегося оборудования с развитыми системами управления не готовы к созданию объединенных систем управления и диагностики, ограничиваясь стандартными решениями по аварийной защите и/или мониторингу отдельных параметров своей продукции
  4. В России и многих развивающихся странах продолжается выпуск и эксплуатация оборудования, не имеющего развитых систем управления и защиты, но требующих оперативного диагностического обслуживания.

Были определены приоритетные пути развития технических средств и диагностического программного обеспечения, выпускаемых Ассоциацией ВАСТ, для реализации нового направления - оперативной диагностики развитых дефектов во вращающемся оборудовании. Общей тенденцией стало развитие многоканальных средств измерения и онлайн анализа вибрации и тока, на основе которого создавались как переносные, так и стационарные средства контроля и мониторинга текущего состояния оборудования, а также его диагностики и оценки остаточного ресурса.

В процессе разработки многоканальных средств диагностики, позволяющих использовать новый пласт диагностической информации, содержащийся в вибрации и токе во время переходных режимов работы оборудования, специалистами было предложено новое направление - использование «мобильных» переносных систем мониторинга и диагностики. Их аналогом можно считать средства «суточного мониторинга» в медицинской диагностике, во время которого контролируется функционирование организма во всех типовых ситуациях. Интервал времени, за который режимы работы многих видов оборудования меняются в типовых пределах существенно больше, его минимум близок к 10 - 15 суткам. Именно на такое время проведения непрерывных и каскадных измерений, позволяющих выявить и исследовать даже незначительные изменения состояния объектов диагностики, необходимо ориентироваться при «среднесрочной» диагностике вращающегося оборудования. Такая диагностика может выполняться либо планово, после обслуживания или ремонта оборудования, во время которых вероятность внесения новых дефектов максимальна, либо по «событию», например, после внезапной перегрузки оборудования из-за ошибок управления, либо при невозможности в кратчайшее после обнаружения опасных дефектов время вывести оборудование в ремонт.

Общий вид разработанных «мобильных» систем мониторинга и диагностики, выполняющих онлайн измерения, анализ и диагностику по вибрации и току приведен на рис.1. При его создании пришлось искать решение принципиально новых задач, позволяющих системе самообучаться за кратчайшее время – начиная от нескольких минут. Для этого использованы новые технологии деления сигналов вибрации и тока на периодические, случайные и импульсные компоненты, их онлайн анализа и перехода на диагностику агрегата в целом. Эти технологии позволили решить и еще одну важную задачу – диагностику машин и механизмов с регулируемым по частоте вращения приводом на основе асинхронного электродвигателя со статическим преобразователем питающего напряжения. Такие машины, не имеющие пока средств эффективной диагностики, все шире используются в составе вентиляционных, насосных и компрессорных агрегатов.

Мобильные системы мониторинга состояния на 4-16 каналов непрерывного измерения и онлайн анализа вибрации и тока с возможностью подключения модулей оперативной диагностики типовых агрегатов

Рис.1. Мобильные системы мониторинга состояния на 4-16 каналов непрерывного измерения и онлайн анализа вибрации и тока с возможностью подключения модулей оперативной диагностики типовых агрегатов

Результаты онлайн анализа сигналов вибрации и тока в многоканальной системе мониторинга и возможностью пространственного (по точкам измерения) объединения результатов для упрощения восприятия оператором

 

Рис.2. Результаты онлайн анализа сигналов вибрации и тока в многоканальной системе мониторинга и возможностью пространственного (по точкам измерения) объединения результатов для упрощения восприятия оператором

 

Мобильная система может быть преобразована в стационарную, для этого она дополнительно размещается в защитных корпусах, а измерительные кабели укладываются в защищенные трассы. Кроме этого в состав системы вводится компьютер с общей базой данных, позволяющий объединять несколько мобильных в одну стационарную систему мониторинга и диагностики. Ее возможный вид показан на рис.3.

Мобильная система мониторинга, преобразованная в стационарную, и система диагностики, объединяющая несколько несвязанных систем единой сетью EthernetМобильная система мониторинга, преобразованная в стационарную, и система диагностики, объединяющая несколько несвязанных систем единой сетью Ethernet

Рис.3. Мобильная система мониторинга, преобразованная в стационарную, и система диагностики, объединяющая несколько несвязанных систем единой сетью Ethernet

 

Стационарная система мониторинга и диагностики также имеет свои особенности. Во-первых, она контролирует состояние агрегатов от начала пуска до полного останова со временем обновления информации от 1/8 секунды, что позволяет получить диагноз (вид и величину дефекта) при скачкообразном изменении состояния через короткий интервал от ½ секунды после скачка состояния. Во-вторых, она автоматически адаптируется к неопасным изменениям состояния из-за незначительного нарушения рекомендованной технологии обслуживания агрегатов. В третьих она позволяет оценивать последствия нарушений режимов работы агрегата, испытавшего из-за ошибок управления значительные перегрузки, влияющие на его состояние. Наконец, такая система мониторинга состояния позволяет сократить количество измерительных каналов при мониторинге состояния и диагностики вентиляционных, насосных, компрессорных и многих других агрегатов с необслуживаемыми подшипниковыми узлами. В этих агрегатах обычно не требуется проводить непрерывный контроль качества смазки подшипников по их ультразвуковой вибрации, и ее опасное ухудшение, требующее замены необслуживаемого подшипника, вместе с другими дефектами подшипников может обнаруживаться опосредовано, по вибрации машины или току приводного двигателя, меняющихся при неравномерном износе поверхностей трения в подшипниках.

Кроме подготовки к серийному производству мобильных и стационарных систем мониторинга и оперативной диагностики продолжается развитие и традиционной переносной системы диагностики на основе переносных виброанализаторов серии СД и программы диагностики DREAM. Выпущен новый тип анализатора СД-22 (рис. 4), готовятся к выпуску двухканальный анализатор СД-23 и четырехканальный СД-41.

Переносная система вибродиагностики на базе сборщика данных (виброаналиизатора) СД-21 с внешней программой диагностики DREAM и сборщик данных (виброанализатор) СД-22.Переносная система вибродиагностики на базе сборщика данных (виброаналиизатора) СД-21 с внешней программой диагностики DREAM и сборщик данных (виброанализатор) СД-22.

Рис. 4. Переносная система вибродиагностики на базе сборщика данных (виброаналиизатора) СД-21 с внешней программой диагностики DREAM и сборщик данных (виброанализатор) СД-22.

Важной особенностью развития многоканальных виброанализаторов является определение границы между их возможностями с учетом естественного усложнения процессов развертывания на реальных агрегатах и возможностями многоканальных мобильных систем мониторинга, способных проводить в режимах онлайн и оффлайн длительные измерения вибрации, тока, а, при необходимости и других процессов. Один из выводов специалистов Ассоциации ВАСТ - в многоканальные виброанализаторы с числом измерительных каналов от числа опор вращения и более целесообразно, как минимум, вводить режимы онлайн мониторинга и диагностики, в частности, во время пуска объекта обследования.

Более подробная информация по рассматриваемым в докладе вопросам изложена в материалах, размещенных на сайте головного предприятия Ассоциации ВАСТ – www.vibrotek.ru и сайте Северо-Западного учебного центра – www.vibro-expert.ru.

 

Выводы:

1. Ассоциация ВАСТ переходит на выпуск трех переработанных под современные условия видов систем мониторинга и диагностики по вибрации, току и другим процессам – переносных, мобильных и стационарных

2. Все типы систем адаптированы под современные тенденции в проектировании, в производстве и эксплуатации основного и вспомогательного оборудования с узлами вращения.

3. Выполнена подготовительная работа для внедрения таких систем в процессы повышения качества обслуживания серийного вентиляционного, насосного и компрессорного оборудования, в том числе с регулируемым по частоте электроприводом.