Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы диагностического обследования газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций. Учебное пособие
.pdf
Анализ технического состояния обследованного оборудования –
это обязательный этап для выявления сущности, закономерности,
тенденции, причин процессов деградации машины или оборудования
на основании мониторинга технического состояния в целях
прогнозирования, планирования, коррекции, управления и принятия
решений.
Система анализа технического состояния может включать в себя
следующие элементы:
установление целей анализа;
постановка задачи и определение стратегии анализа;
конструирование конфигурации (пространственного
расположения, компоновки) аппаратуры и определение рабочих
условий;
получение данных;
алгоритмы поиска и анализа;
анализ результатов;
интерпретация результатов.
Для выработки критерия нормального технического состояния
машины (как при приемосдаточных испытаниях, так и при
мониторинге технического состояния) рассматривают широкий спектр
измеряемых рабочих параметров и выделяют диагностические
(контролируемые) параметры (с учетом назначения совокупности
машин, если машина является составной частью совокупности, и
рабочего диапазона нагрузок машин). Выделенные диагностические
параметры позволяют определить неисправное состояние путем
фиксации отклонения значений этих параметров относительно
установленных базовых значений во всем диапазоне измеряемых
значений или фиксации изменений некоторых других
диагностических характеристик (таких как рабочая характеристика
насоса или компрессора).
Измеренные диагностические параметры могут быть
представлены как выборочными значениями, так и значениями,
полученными усреднением по времени. Для некоторых
диагностических параметров (электрический ток, напряжение,
параметры вибрации и др.) выборочные значения могут быть
недостаточно информативны для выявления неисправного состояния,
поэтому требуется их обработка. В определенных случаях для
обнаружения отклонений, вызванных неисправностями, могут
11
потребоваться спектральные методы или методы, основанные на
Диагностический
параметр
Оборудование ГПА
Примечание
ГТУ
ЦБН
Температура
* *
Давление
* *
Отношение
давлений
* *
Подача воздуха
* *
Расход топлива
*
Расход рабочего
тела
*
Входная мощность
*
Шум
* *
Вибрация
* *
Давление масла
* *
Расход масла
* *
Трибологические
параметры
* *
Крутящий момент
*
Частота вращения
* *
Линейные размеры
*
Параметры углового
расположения
* *
Производительность
* *
измерении фазы. Примеры основных диагностических параметров
ГПА приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Примеры основных диагностических параметров ГПА
Точность оценки текущих диагностических параметров,
требуемая при диагностировании, может быть меньше максимальных
(абсолютных) значений точности, устанавливаемых методикой
выполнения измерений. Методы, позволяющие выявлять тренды,
могут быть более эффективны в случаях, когда повторяемость
измерений более важна по сравнению с максимальными значениями
точности измерений. Соответствующие рекомендации приведены в
стандартах общих технических условий.
12
Измеряемые величины и номинальные значения
диагностических параметров могут изменяться вследствие изменения
компонентов, регулировок и режимов работы. Из-за внесенных
изменений требуется восстановление начальных установок
параметров.
Отклонения значений измеряемых величин могут быть
следствием как естественных, так и управляемых изменений рабочих
условий и не обязательно должны быть идентифицированы как
неисправность.
Рабочие условия проведения измерений (в том числе и с
применением автоматизированных средств контроля и регистрации
данных) диагностических параметров проводят в установленных
рабочих условиях в соответствии со специальной методикой
диагностирования, разрабатываемой предприятием - разработчиком
машины. Для машин с переменной мощностью или скоростью можно
добиться адекватных условий измерений, изменяя управляемые
рабочие параметры (скорость, нагрузку и др.).
Мониторинг технического состояния проводят в условиях,
когда машина достигла определенных значений рабочих параметров
(например, нормальной рабочей температуры), или при переходных
процессах, при установлении определенных начальных значений этих
параметров и рабочей тенденции изменения (падение температуры и
пр.) и по достижении конечных значений.
Установление базовых линий для конкретных машин проводят в
определенных допустимых рабочих режимах. Последующие
измерения сравнивают с базовыми значениями для обнаружения
отклонений. Тренды используют для описания характера развития
неисправностей.
В соответствии с принятой методикой диагностирования
устанавливают длительность интервала между измерениями и
принимают решение относительно объема выборки данных,
определяют, непрерывно или периодически должна быть проведена
выборка. Длительность измерений и интервал между ними зависят от
вида неисправности, скорости ее развития и скорости изменения
измеряемых диагностических параметров.
Темп сбора данных должен быть достаточно быстрым, чтобы
получить необходимый объем данных, прежде чем изменятся рабочие
условия. При переходных процессах может потребоваться высокая
скорость сбора данных.
13
Процедура диагностирования определяется специальной
методикой, разрабатываемой предприятием – разработчиком машины
либо специализированной организацией. Возможности выполнения
диагностирования зависят от типа машины и рабочих условий. На
неисправность указывают изменения в измеренных или вычисленных
значениях одного или нескольких диагностических параметров по
отношению к их базовым значениям.
Для диагностирования используют специальные
диагностические критерии (общие или индивидуальные для каждого
вида машин), в основе разработки которых лежат:
опыт эксплуатации аналогичных машин или статистический
анализ;
анализ степени допустимости отклонений от номинальных
значений, установленных стандартами или техническими условиями
на машины данного вида;
результаты анализа технических характеристик машины.
3. Техническая диагностика ГПА
Техническая диагностика – отрасль научно-технических знаний,
сущность которой составляют теория, методы и средства определения
технического состояния объектов. Перед тем как приступить
непосредственно к обсуждению проблем создания систем технической
диагностики турбоагрегатов, хотелось бы высказать некоторые общие
соображения о назначении и задачах технической диагностики.
Основное назначение технической диагностики состоит в
повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации. Это
иногда вызывает возражение, поскольку многие считают, что
надежность есть свойство самого турбоагрегата. Однако вспомним,
что коэффициент готовности и коэффициент технического
использования – два основных комплексных показателя надежности –
зависят от затрат времени на ремонт в связи с отказами, а последний
еще и от затрат времени на планируемые ремонты. Поэтому, если
методами технической диагностики удается выявить возникновение
дефекта и прогнозировать его развитие, то это позволяет не только
сократить количество отказов, но и устранять имеющиеся дефекты во
время плановых обслуживаний и ремонтов, сократить объемы и сроки
ремонтных работ за счет их правильного планирования и организации.
14
Конечно, техническая диагностика позволяет выявить и
устранить, а часто и предотвратить производственный брак,
возникающий на этапах изготовления и монтажа или в процессе
ремонта агрегатов. Однако дефекты такого рода проще
контролировать прямыми методами в процессе производства этих
работ и не допускать их, а не констатировать их постфактум.
Все вышесказанное позволяет сформулировать следующие
основные цели технической диагностики, определяющие
экономическую эффективность её проведения:
1) обнаружение повреждений или дефектов на начальной стадии
их развития;
2) оценка допустимости и целесообразности дальнейшей
эксплуатации оборудования с учетом прогнозирования его
технического состояния при выявленных дефектах; оптимизация
режимов эксплуатации, позволяющая безопасно эксплуатировать
агрегат с выявленными дефектами до момента его вывода в плановый
ремонт;
3) организация обслуживания и ремонта оборудования по
техническому состоянию (вместо регламентного обслуживания и
ремонта), обеспечение подготовки и выполнения качественных
ремонтов.
Следует особо подчеркнуть, что задачи диагностики обращены
не на предотвращение гипотетической аварии, даже аварии с
тяжелыми последствиями, а на организацию эксплуатации и ремонта
таким образом, чтобы не допустить развития дефектов до опасных
пределов, в том числе и дефектов, способных привести к отказам и
авариям с тяжелыми последствиями.
При такой постановке проблемы диагностики становится
абсолютно ясным, что наибольший эффект от внедрения диагностики
будет достигаться только на ремонтопригодных агрегатах, причем
таких, ремонт которых возможен, в том числе, и непосредственно в
условиях эксплуатации. Именно за счет сокращения затрат на ремонт,
составляющие которых определяются увеличением
продолжительности межремонтных периодов, сокращением объемов
ремонтов, загруженностью ремонтного персонала и номенклатурой
заранее приобретаемого и хранимого количества запасных частей,
определяется экономический эффект от внедрения диагностики.
Целесообразность диагностики в полном понимании этого
процесса неремонтопригодных агрегатов, а к ним следует отнести и
15
авиационные двигатели, крайне сомнительна, поскольку затраты на
замену и ремонт двигателя являются величиной постоянной. В этом
плане целесообразным, на наш взгляд, является только
прогнозирование сроков достижения агрегатом предельного
состояния, до истечения которых необходимо планировать его полную
или частичную (модульную) замену.
3.1. Классификация методов диагностики
Все методы диагностики могут быть разделены на
параметрическую диагностику, диагностику на остановленном
агрегате и разборную диагностику.
При такой классификации применительно к ГПА в понятие
параметрической диагностики включаются все методы диагностики по
состоянию и изменению параметров работающего агрегата. Тогда
параметрическая диагностика подразделяется на
термогазодинамическую, виброакустическую и диагностику по
изменению физико-химических параметров ГПА. Примером
последней может являться трибологическая диагностика.
Преимущество параметрической диагностики состоит в том, что
она позволяет давать оценку технического состояния ГПУ без его
остановки и разборки. Именно поэтому все параметрические методы
диагностики часто называют методами безразборной диагностики.
Надо иметь в виду, что часто под параметрической
диагностикой понимают только диагностику по
термогазодинамическим параметрам, выделяя другие виды
неразборной диагностики в отдельные методы - вибродиагностику,
трибологию и т.д. В принципе, это вопрос только терминологии, не
меняющий сути проблем диагностики. Поскольку в УГТУ-УПИ
принята именно такая терминология, при дальнейшем изложении
воспользуемся ей.
Виброакустическая диагностика. Анализ вибраций - мощный
инструмент для оценки технического состояния агрегатов,
прогнозирования их надежности, подготовки и проведения
профилактического ремонта. Возникновение и развитие значительной
части дефектов роторных машин, как правило, вызывают изменения в
вибрационном состоянии машин. Эти изменения, как и развитие
16
большинства дефектов, обычно происходят в течение достаточно
длительного периода времени.
Общие причины вибрации роторных машин:
неуравновешенность роторов и их несоосность в валопроводе,
эксплуатационные расцентровки валопровода, дефекты в
подшипниках, недопустимые люфты и зазоры, изношенность узлов и
деталей. В большинстве случаев аэродинамические и гидравлические
силы также оказывают влияние на вибрацию агрегатов.
Часто только параметры вибрации - вибросмещение,
виброскорость, виброускорение, спектр частот колебаний, амплитуда
и фаза колебаний оборотной частоты - позволяют определить причины
повышенной вибрации и выявить дефектные узлы или детали. Но
значительно чаще для полного понимания процессов, происходящих в
таком сложном механизме как турбомашина, требуется
одновременное знание и параметров вибрации, и режимных и
тепломеханических параметров агрегата.
Все чаще штатные системы вибрационного контроля
дополняются средствами накопления и представления результатов
измерений (средствами мониторинга), позволяющими представлять
изменение вибрационных величин в виде трендов как в динамическом
режиме (в темпе обновления информации), так и в статическом
режиме (ретроспективном представлении информации). В то же время
расширенный мониторинг, предназначенный для целей диагностики,
принципиально отличается тем, что должен обеспечивать не только
получение зависимостей вибрационных параметров от времени, но и
возможность сопоставления вибрационных характеристик агрегата в
различные моменты времени, представления зависимостей
вибрационных характеристик от режимных параметров и т.д.
К сожалению, системы вибрационного контроля, дополненные
средствами мониторинга, представляются потребителям не как
средства контроля, предназначенные для диагностики оборудования, а
как системы вибрационного контроля и технической диагностики
(СКТД). Казалось бы, незначительная разница в терминологии
(средства или системы) очень принципиальна и является ключевой в
проблеме создания СТД.
Создание систем диагностики или даже просто использование
расширенного мониторинга для диагностики любых объектов, а тем
более таких сложных, как современные турбоагрегаты, требует не
только умения измерять и представлять результаты измерений.
17
Решение этой задачи требует глубоких знаний конструкции объекта,
его интегральных свойств и свойств отдельных узлов и деталей,
характера рабочих процессов, опыта эксплуатации и наладки и т.д.
Глубина анализа при диагностировании в значительной степени
зависит от временного периода, на базе которого выполняется
диагностирование. Это требует длительного накопления и хранения
используемой при диагностировании информации.
В развитии отечественных систем технической диагностики
(СТД) турбоагрегатов, в основе которых лежали, главным образом,
принципы вибрационной диагностики, можно выделить три этапа:
I этап - с начала 70-х до середины 80 годов. Концепция этого
этапа состояла в создании систем диагностики на базе комплексов
специальной измерительной аппаратуры, причем главным образом
использовалась импортная аппаратура известных фирм. При этом
впервые осуществлены попытки использования вычислительной
техники для накопления и обработки информации.
II этап - с середины 80-х до середины 90-х. Концепция создания
систем диагностики на базе персональных компьютеров с
подключенными аппаратными средствами вибрационного контроля,
чаще всего отечественными. Характерные черты: развитый
мониторинг, создание баз данных и разработка графических средств
отображения и обработки этих данных. Одновременно был получен
первый опыт использования интеллектуальных технологий экспертных систем диагностики.
III этап - период с середины 90-х годов по настоящее время.
Бурное развитие компьютерных сетей, создание и внедрение
инструментальных средств и прикладного обеспечение определили и
современную концепцию - создания комплексных систем
вибрационного контроля и диагностики на базе компьютерных
технологий. Характерные черты: единая инструментальная и
программная база для контроля, обработки и диагностики, сетевая
структура систем.
Параметрическая диагностика. Диагностика по
термогазодинамическим параметрам - одно из наиболее развитых
направлений параметрической диагностики ГПА. Это связано прежде
всего с тем, что в настоящее время нет датчиков, позволяющих
непосредственно измерять техническое состояние элементов на
работающем ГПА (эрозионные износы рабочих колес центробежного
18
нагнетателя, радиальные зазоры турбин высокого и низкого давления,
и т.д.) В связи с этим методы оценки технического состояния ГПА по
значениям непосредственно измеряемых в процессе эксплуатации
технологических параметров, т.е. косвенным путем, необходимо
развивать и совершенствовать.
Методы термогазодинамической диагностики ГПА могут быть
общими и частными. Применение частных методов, связанных с
определением относительного изменения параметров технического
состояния газотурбинных ГПА, позволяет выявить темп изменения
состояния агрегата, его технологических и топливно-энергетических
показателей - производительности, мощности, расхода топливного
газа и т.д., определить с известным приближением
среднестатистические значения параметров состояния парка ГПА.
Применение общих методов позволяет перейти к определению
абсолютных величин технологических показателей ГПА,
необходимых для построения системы планово-предупредительных
ремонтов, планирования и прогнозирования работы агрегатов и КС в
целом. Без них невозможно построение комплексной
автоматизированной системы диагностики газотурбинных ГПА.
В зависимости от структуры представления объекта методы
термогазодинамической диагностики могут быть интегральными,
рассматривающими установку в целом, и дифференциальными,
рассматривающими каждый элемент агрегата в отдельности. В этих
методах могут применяться и различные способы задания способы
задания исходной информации о режимах работы ГПА и его
элементов в виде функциональных уравнений или характеристик,
найденных опытным путем. Оценки технического состояния объекта в
первом случае связаны с построением его математической модели.
При этом наиболее широкое применение нашли наиболее простые,
линейные модели.
Трибологическая диагностика. Трибология - наука, которая не
менее важна, чем параметрическая и вибрационная диагностика в
диагностике износа механизмов. Название науки произошло от
греческого слова «трибос» - трение. Трибология соединяет в себе
физику, химию, материаловедение и технические науки. Во многом
именно эта междисциплинарная природа приводила к тому, что
концепцией трибологии пренебрегали. Это приводило к замедлению
19
развития машиностроения, огромны, неоправданным материальным
затратам на трение, износ и их последствиям.
Первоначально работа в области трибологии была направлена
на стимулирование и применение более совершенной смазки, стало
абсолютно очевидно, что роль материаловедения и технологии
материаловедения и технологии материалов с точки зрения снижения
износа в машиностроении ничуть не меньше, чем роль
конструирования. Это относится, в частности, и к износу при
отсутствии смазки.
Возможность использования материалов со значительно
улучшенными трибологическими характеристиками потребует
переоценки многих механических систем и конструкций. Так,
например, наличие смазочных материалов, работающих при
температуре 600 0С. Для смазки жаропрочных конструкционных
материалов требуются жидкие смазочные материалы, способные
работать в условиях высоких температур. Трибология позволяет
определить состояние износа трущихся частей ГПА по наличию
химических примесей в масле. Например содержание металлических
частиц.
В зависимости от постановки задачи можно различать
следующие виды диагностики:
функциональную, связанную с определением изменения
основных энергетических показателей ГПА (например, его мощности
и КПД);
структурную, оценивающую характер и степень
повреждений деталей механизма;
визуальную, оценивающую причины разрушения деталей
при их осмотре;
прогнозную, предсказывающую характер протекания износа
деталей и время выхода их из строя.
В настоящее время в эксплуатационных условиях в той или
иной мере применяют следующие виды диагностики:
параметрическую, вибрационную, по анализу отработанного масла,
оптические и акустические методы для обследования узлов и деталей
ГТУ, ЦБН и других механических систем газоперекачивающих
агрегатов.
При оценке технического состояния ГПА на КС важное
значение имеют практически все виды диагностики, прежде всего
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]